Лабораторная работа № 1
Поверка амперметра и вольтметра магнитоэлектрической системы
Цель работы: ознакомление с устройством технических и образцовых измерительных приборов; изучение методов поверки измерительных средств; изучение схемы поверки миллиамперметра и вольтметра; получение практических навыков по определению погрешностей измерительных технических приборов; определение класса точности поверяемых приборов.
Содержание работы
Для оценки параметров отдельных физических величин используются контрольно-измерительные средства. Качество измерительных средств характеризуется совокупностью показателей, определяющих его работоспособность, точность, надежность и эффективность применения.
Для обеспечения гарантированной точности измерений проводится периодическая поверка измерительной аппаратуры.
Поверка измерительного средства - это определение соответствия действительных характеристик измерительного средства техническим условиям или государственным стандартам. При осуществлении поверки применяются измерительные средства поверки - специально предусмотренные средства повышенной точности по сравнению с поверяемыми измерительными средствами. Методы поверки - это совокупность поверочных измерительных средств, приспособлений и способ их применения для установления действительных метрологических показателей поверяемых измерительных средств.
В практике поверки измерительных приборов нашли применение два способа:
- сопоставление показаний поверяемого и образцового приборов;
- сравнение показаний поверяемого прибора с мерой данной величины.
При поверке первым способом в качестве образцовых приборов выбираются приборы с лучшими метрологическими качествами.
Для поверки приборов постоянного тока в качестве образцовых принимаются магнитоэлектрические приборы, а для поверки приборов переменного тока -электродинамические. В последнее время используются цифровые приборы.
Верхний предел измерений образцового прибора должен быть таким же, как и поверяемого, или не превышать предел измеряемого прибора более чем на 25%. Допустимая погрешность образцового прибора должна быть в 3...5 раз ниже погрешности поверяемого прибора.
Погрешность выражают в виде абсолютных и относительных величин. Различают:
а) абсолютную погрешность измерительного прибора:
ΔX=XП - XД,
где ХП - показание прибора, а ХД - действительное значение измеряемой величины.
Абсолютная погрешность, взятая с противоположным знаком, представляет собой поправку К.
K = -ΔX
Поправка есть та величина, которую следует алгебраически прибавить к показаниям прибора, чтобы получить действительное значение измеряемой величины.
б) относительную погрешность средства измерения, часто выражаемую в процентах:
в) Для оценки многих средств измерений широко применяется приведенная погрешность, выражаемая в процентах:
где XH.З, нормирующее значение, т.е. некоторое значение, по отношению к которому рассчитывается погрешность.
Часто в качестве нормирующего значения для приведенной погрешности принимают верхний предел измерения прибора. Для многих средств измерений по приведенной погрешности устанавливают класс точности прибора. Например, прибор класса 0,5 может иметь основную приведенную погрешность, не превышающую 0,5%.
Измерительные приборы могут быть следующих классов точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Многопредельные приборы поверяют на одном, двух основных пределах, а на других в некоторых точках.
В результате поверки устанавливают приведенную погрешность и по ней класс точности прибора.
Амперметры магнитоэлектрической системы применяются для измерений токов в цепях постоянного напряжения. Магнитная цепь прибора состоит из постоянного магнита, полюсных наконечников, неподвижного цилиндра. В воздушном зазоре между поверхностями полюсных наконечников и цилиндра создается радиальное поле, которое в силу малости воздушного зазора можно считать равномерным. Рамка с обмоткой крепится на полуосях и может поворачиваться в зазоре.
В результате взаимодействия магнитного поля и тока обмотки создается вращающий момент, пропорциональный току:
где Ψ0 - постоянная прибора, зависящая от числа витков, площади обмотки и от индукции в зазоре.
Противодействующий момент:
Mпр = W • α,
где W - удельный противодействующий момент пружины.
Уравнение шкалы прибора:
где SI - чувствительность прибора.
Магнитоэлектрические приборы работают только на постоянном токе. Они отличаются высокой чувствительностью, высокой точностью, равномерностью шкалы, выполняются в виде амперметров и вольтметров постоянного тока.
Для поверки амперметра образцовый и поверяемый приборы включаются последовательно.
Для поверки вольтметра магнитоэлектрической системы образцовый и поверяемый вольтметры включают параллельно.
Измерительный механизм магнитоэлектрической системы можно включить в какую-либо электрическую цепь двумя различными способами. При схеме (рис. 1.1,а) через обмотку механизма, обозначенного буквой А проходит весь ток нагрузки.
Отклонение подвижной части ее от нулевого положения будет зависеть от значения тока 1. В этом случае показание прибора является функцией тока нагрузки, что позволяет проградуировать его шкалу в амперах, и он будет служить амперметром.
Если такой прибор дополнить достаточно большим сопротивлением RД соединенным последовательно с обмоткой рамки, и включить прибор, обозначенный буквой V (рис. 1.1,б), то через него будет проходить ток IV определяемый напряжением и суммой сопротивлений:
RД + RP ,
где Rp - сопротивление обмотки рамки прибора.
В этом случае:
а так как
где RД + RP - постоянная величина, то можно написать, что
Рис. 1.1
Отсюда видно, что при схеме (рис. 1.1, б) показания прибора становятся функцией напряжения U, т.е. он служит уже не амперметром, а вольтметром.